SISTEMA DI GESTIONE PER BATTERIE A FLUSSO REDOX – BMS

A temperature prossime ai 50°C alcuni ioni iniziano a cristallizzare e quindi a precipitare portando alla generazione di sali riducendo in modo irreversibile l’energia immagazzinabile dalla VRFB. Inoltre, tali sali possono accumularsi in corrispondenza delle porosità degli elettrodi, riducendo la capacità degli stessi di produrre le reazioni di ossidazione e riduzione che alimentano la conversione elettrica e quindi l’efficienza della VRFB.

Per ovviare a tali inconvenienti, usualmente si svuotano parzialmente le celle durante i periodi di stand-by.  Tuttavia, tale espediente introduce ritardi sostanziali nel tempo di risposta della batteria a una richiesta di energia elettrica da parte di un carico dovuti alla necessità di riempire le celle con le soluzioni elettrolitiche prima che la RFB sia in grado di funzionare. Inoltre, durante lo svuotamento delle celle vi è il rischio che la depressione che viene a crearsi in esse provochi l’aspirazione di aria dall’ambiente esterno a causa della tenuta non ottimale delle guarnizioni riducendo l’efficacia di funzionamento della RFB e portando a ossidoriduzioni indesiderate tra l’ossigeno atmosferico e gli elettroliti. In aggiunta o in alternativa, nella tecnica usuale si ricorre alla ventilazione forzata per contrastare il problema della precipitazione. Tuttavia, tale espediente richiede l’utilizzo di impianti di ventilazione complessi ed energivori, aumentando i costi sia di investimento sia di funzionamento di un impianto comprendente una o più RFB e riducendone l’efficienza energetica complessiva.

Il nuovo Battery Management System è composto da un software in grado di interagire con i diversi elementi di hardware a cui è connesso per la gestione della potenza, i circuiti idraulici, la tensione e corrente dello stack, la tensione a vuoto e il condizionamento del segnale.

Grazie all’acquisizione di molteplici parametri (tensione a vuoto, tensione delle celle e dello stack, temperatura in ingresso e in uscita dallo stack, corrente dello stack, flusso dell’elettrolita, pressione, livello delle soluzioni, alimentazione delle pompe) il metodo alla base del sistema di gestione della batteria è in grado di mettere in atto dei controlli di funzionamento sulla base delle informazioni acquisite. In particolare prevede di:

1. Identificare l’inizio di un periodo di inattività della batteria durante il quale la batteria non eroga energia elettrica da un carico né non assorbe energia elettrica da un generatore;
2. Attivare una modalità operativa configurata per mantenere la carica immagazzinata nella batteria durante l’inattività durante la quale può:

• • Annullare un flusso degli elettroliti dallo stack ai serbatoi o mantenere una minima portata di ricircolo necessaria a garantire una risposta rapida, minimizzando le perdite energetiche;
  • Verificare il raggiungimento di una condizione di soglia indicativa di una precipitazione di sali in uno o in entrambi gli elettroliti contenuti nello stack; quindi eseguire un lavaggio sostituendo gli elettroliti contenuti nello stack con altri elettroliti freschi contenuti nei serbatoi. Questa azione è di particolare rilievo poiché provoca nel contempo un raffreddamento della soluzione.

Attualmente questa invenzione presenta TRL 7 essendo stata realizzata e completamente testata con successo su un prototipo di scala industriale funzionante nel laboratorio Electrochemical Energy Storage and Conversion Laboratory del Dipartimento di Ingegneria industriale dell’Università di Padova. L’invenzione ed in particolare l’algoritmo che ne sta alla base sono implementati in ambiente LabVIEW. L’algoritmo è comunque trasferibile facilmente in un PLC industriale permettendo di elevare il TRL a 9 con costi di sviluppo contenuti.